【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，東北大學王強、劉曉明團隊在光熱超疏水超材料領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)成果以Bioinspired Photothermal Superhydrophobic Metamaterial With Structured Micro-Nano Crystal Arrays for Anti-/De-Icing為題發(fā)表在國際權(quán)威學術(shù)期刊Advanced Materials(影響因子26.8)。東北大學為該論文的第一作者單位，東北大學冶金學院博士研究生任志宇為第一作者，劉曉明副教授與王強教授為共同通訊作者。
覆冰現(xiàn)象會對建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施、航空、電力線路、公路運輸?shù)仍斐芍卮箫L險。光熱超疏水材料在防冰/除冰領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著潛力。其光熱特性可在光照下持續(xù)產(chǎn)熱，為除冰提供穩(wěn)定能量；超疏水特性則能有效抑制融水鋪展和二次結(jié)冰，從而確保除冰過程的高效性和連續(xù)性。目前的方法存在顯著局限性：刻蝕技術(shù)雖能實現(xiàn)有序圖案，但在制備納米級特征時成本過高；而無序的微納結(jié)構(gòu)則存在性能可調(diào)性差、均勻性不佳等問題。
本研究提出了一種用于防冰/除冰的高性能結(jié)構(gòu)化微納晶體陣列光熱超疏水超材料。這種結(jié)構(gòu)化晶體陣列具有豐富的微納表面，可將沉積的金屬-絕緣體-金屬(MIM)諧振器轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)諧振器。這些具有不同尺寸、角度和厚度的異構(gòu)諧振器可提供更多的電磁波響應位點和散射表面，能將均勻MIM結(jié)構(gòu)中離散的吸收位點轉(zhuǎn)化為連續(xù)的吸收帶，從而使其實現(xiàn)高達96%的太陽光譜吸收率。此外，通過調(diào)整沉積材料，晶體陣列的表面形態(tài)就可以從光滑變?yōu)榇植?，從而實現(xiàn)從疏水性向超疏水性的轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)的微納分級結(jié)構(gòu)不同，結(jié)構(gòu)化微納晶體陣列可以與薄膜堆疊架構(gòu)集成，兼具膜系材料的優(yōu)勢，如性能可調(diào)、均勻性好、基底兼容性佳及可擴展性強。這種方法在微納結(jié)構(gòu)制造、寬帶電磁波吸收、潤濕性控制、光熱轉(zhuǎn)換及防冰/除冰等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應用潛力。
圖 結(jié)構(gòu)化微納晶體陣列超材料的設(shè)計示意圖和微觀結(jié)構(gòu)
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